プログラミング.

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1 プログラミング

2 ここで学ぶこと プログラミング，プログラム ソースコード プログラミング言語 開発環境 Python のモジュールとインポート

3 プログラミング (programming)
コンピュータは、プログラムで動く プログラミングは、プログラムを設計、製作する こと 何らかの作業を、コンピュータで実行させるため に行う プログラムの ソースコード プログラムの 実行結果

4 ソースコード プログラムを，何らかのプログラミング言語で書 いたもの 「ソフトウエアの設計図」ということも 人間も読み書き、編集できる
　人間も読み書き、編集できる 複数のプログラミング言語を使うことも import picamera camera = picamera.PiCamera() camera.capture("1.jpg") exit() ・プログラミングは、作成したプログラムの検証、プログラムで行わせたい「作業」に精通している人とのインタビューなどの作業も含む ソースコードの例

5 さまざまなプログラミング言語 Python C Java JavaScript R Octave など ここで行う作業
１．20 より大きければ「big」、 　　さもなければ「small」と表示 ２．1 から 5 までの和を求める． 　　「5」は、あとで変えるかも

6 Python プログラム見本 x = 100 if (x > 20): print("big") else: print("small") s = 0 for i in [1, 2, 3, 4, 5]: s = s + i print(s)

7 C プログラム見本 #include <stdio.h> int main(void){ int x, s, i; x = 100; if (x > 20) { printf("big\n"); } else { printf("small\n"); } s = 0; for(i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i; printf("%d\n", s); return;

8 Java プログラム見本 public class Main { public static void main(String[] args) throws Exception { int x = 100; if (x > 20) { System.out.printf("big\n"); } else { System.out.printf("small\n"); } int s = 0; for(int i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i; System.out.printf("%d\n", s);

9 JavaScript プログラム見本 process.stdin.resume(); process.stdin.setEncoding('utf8'); var util = require('util'); var x = 100; if (x > 20) { process.stdout.write('big\n'); } else { process.stdout.write('small\n') } var s = 0; for(var i = 1; i <= 5; i++) { s = s + i; process.stdout.write(util.format('%d\n', s));

10 R プログラム見本 x <- 100 if (x > 20) { print("big") } else { print("small") } s <- 0 for (i in c(1,2,3,4,5)) { s <- s + i print(s)

11 Octave プログラム見本 x = 100 if (x > 20) printf("big\n") else printf("small\n") endif s = 0 for i = [ ] s = s + I endfor printf("%d", s)

12 Python プログラムの実行手順例 Python プログラム
プログラムは foo.py のようなファイル名 で保存しておく プログラムの実行コマンドは「python hoge.py」 のようになる　（hoge.py はファイル名）

13 開発環境とは 開発環境とは、プログラミングにおけるさまざまな ことを支援する機能をもったプログラム プログラムの作成、編集（エディタ）
テスト、プログラム中の誤り（エラー）の発見（デ バッガ） プログラムの実行 プログラムの配布（パッケージ機能） ※　これらが簡単に行えるようになる 開発環境 spyder

14 オンラインのプログラム開発環境の例 Coding Ground　 Python, C, Java, JavaScript, R, Octave/MATLAB の他にも SQL, bash, アセンブリ言語など多数 Python 2 には scipy, pylab も組み込み済み ファイル作成，ファイル読み書きの演習も簡単にできる 複数プログラムファイルの組み合わせも簡単にでき paiza.IO　 Python, C, Java, JavaScript, R の他にも SQL など多数 Python 2 には scipy, pylab, numpy, pandas も組み込み済み Python Tutor　 Python, C, Java, JavaScript の他にも多数 ステップ実行，オブジェクトの表示がビジュアルに

15 Python のモジュールとインポート モジュールとは、他の Python プログラムイン ポートできるように書かれたプログラム
プログラムは hoge.py のような ファイル名で保存 モジュールは単体でも実行できるように作ることが できる　（if __name__ == “__main__”: のところ）　

16 Python のモジュールとインポート プログラムは hoge.py のような ファイル名で保存 別のプログラム． bar.py のような
モジュール名 hoge （ファイル名 hoge.py ）をインポートせよ。 そして、hoge モジュール内の tax を実行せよ プログラムの実行コマンドは「python bar.py」のようにな る　（bar.py はファイル名）

17 モジュールをインポートするプログラムのイメージ図
モジュール math 自作の プログラム 標準ライブラリ 内のモジュール モジュールdatetime モジュール optimize モジュール tensorflow 有志が制作、 配布している もの モジュール keras など Python は、モジュールが豊富であることも、人気の理由

18 Python のモジュールを 使ってみる

19 ここで学ぶこと Pythonのオンライン開発環境を使ってみる モジュールを使ってみる

20 オンライン開発環境 paiza.IO プログラミングを行える Web サービス https://paiza.io ウェブブラウザを使う
たくさんの言語を扱うことができる Java, Ruby, Python, PHP, Perl など

21 Python プログラミング言語の１つ 無料で使うことができる言語である Python には，バージョン 2, バージョン 3 などがある．
※ この授業では，バージョン 3 を使用 さまざまなモジュールを取り入れることができる 今からの演習でモジュールを使ってみる

22 実習準備 ① ウェブブラウザを起動する ② 次の URL を開く https://paiza.io/
③ もし，表示が英語になっていたら，日本語に切り 替える

23 ④ 「コード作成を試してみる」をクリック ⑤ 「Python 3」を選ぶ（左上のボタンをクリックするとメニューが出る）

24 エディタ画面 プログラムを 書き換えること ができる 実行ボタン

25 Python 標準ライブラリ内のモジュールの機能の例
現在の日時 最大公約数 方程式を解く 平方根 円周率 三角関数 など

26 paiza.IO では標準ライブラリに入っていないモジュールを使うことは難しい

27 実習１．現在の日時 オペレーティングシステム（コンピュータ）の タイマーを利用
次のように入れて，実行ボタンを押す．いまの日時が表示 されることを確認 import datetime now = datetime.datetime.now() print(now) すべて半角文字 　仲間同士で助け合ってください

28 実習２．最大公約数 24 と 18 の最大公約数を求めたい Python のモジュール math を利用
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果 6 を確認 import math print( math.gcd(24, 18) )

29 実習３．方程式を解く 4x + 1 = 0 を解きたい Python のモジュール scipy を利用
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果 を確認 from scipy import optimize def foo(x): return 4 * x + 1 print( optimize.fsolve(foo, 10) )

30 実習４．平方根 面積が 7 の正方形の一辺の長さは？
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果 を確認（前の授業で教えたように， 結果は近似値） import math print( math.sqrt(7) )

31 実習５．円の面積 半径 3 の円の面積は？ （円周率は, Python のモジュールの math.pi を使用）
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認（結果は近似値） import math print( 3 * 3 * math.pi )

32 実習６．三角形の面積 三角形の２辺の長さが，４と６で，その間の角度 が６０度のとき， 面積は (1/2) × 4 × 6 × sin(60)
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 import math print( (1/2) * 4 * 6 * math.sin(60 * math.pi / 180) )

33 Python プログラミング入門

34 ここで学ぶこと オブジェクト（変数） 式 コンピュータの計算では、誤差が出てくることが ある 条件分岐 配列 繰り返し

35 実習準備 ① ウェブブラウザを起動する ② 次の URL を開く https://paiza.io/
③ もし，表示が英語になっていたら，日本語に切り 替える

36 ④ 「コード作成を試してみる」をクリック ⑤ 「Python 3」を選ぶ（左上のボタンをクリックするとメニューが出る）

37 式 式から値が求まる 式はオブジェクト（変 数）を含むことができる

38 実習．計算 3 かける たす かける 4 かける 3 かける 5

39 実習．計算 ① 次のように入れて print(3*2) ② 実行ボタンを押す． 結果を確認 すべて半角文字 「*」は掛け算の記号

40 実習．計算 ③ 次のように入れて print( ) ④ 実行ボタンを押す． 結果を確認 すべて半角文字 「*」は掛け算の記号

41 実習．計算 ⑤ 次のように入れて print(2*4*3*5) ⑥ 実行ボタンを押す． 結果を確認 すべて半角文字 「*」は掛け算の記号
　仲間同士で助け合ってください

42 実習．三角形の面積 底辺が２．５で，高さが５のとき， 三角形の面積は，面積： ６．２５

43 実習．三角形の面積 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 print(2.5 * 5 / 2) すべて半角文字
「*」は掛け算の記号 　仲間同士で助け合ってください

44 自習課題　（やってみよう） 底辺が３で，高さが４のとき，三角形の面積は？ 面積が 25の正方形の一辺の長さ

45 ここまでのまとめ コンピュータを使って計算できる

46 やってみよう！　1/3 は？ コンピュータで「１÷３」 を求めるとどうなると思い ますか １． と無限に表示される ２．計算できない ３．正確な値が表示されない（誤差を含む）

47 やってみよう！ 1/3 は？ 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 print(1/3)
やってみよう！　1/3 は？ 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 print(1/3) ★ 全員，この結果が得られるのを待ちます． 　仲間同士で助け合ってください が誤差！

48 自習課題　（やってみよう） 「1/6」, 「1/9」など，誤差が確認しやすい式を，自分で考え て，自由に入れて，実行ボタンを押して，確認してみなさい． （すべて半角文字） ★ 全員が納得し，実感するのを待ちます

49 実習．円の面積 半径が 3 の円の面積は 3 × 3 × (円周率)

50 実習．円の面積 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 import math print(3 * 3 * math.pi)
　仲間同士で助け合ってください これも正確な値ではありません

51 実習 ３倍 ①「print( * 3)」を入れて実行ボタンを押す． 「3」は5個．（すべて半角文字） ②「print( * 3)」を入れて実行ボタンを押す． 「3」は10個．（すべて半角文字）

52 実習 ３倍 ③「print( * 3)」を入れて実行ボタンを押す． 「3」は15個．（すべて半角文字） ④「print( * 3)」を入れて実行ボタンを 押す．「3」は20個．（すべて半角文字） 誤差がある 誤差がある

53 やってみよう 0.333333333333333」以外でも，桁数や「3」を変えてい ろいろ試してみなさい
★ 全員が納得し，実感するのを待ちます

54 コンピュータの計算では，誤差が出てくることがある

55 オブジェクト（変数） オブジェクト（変数） には名前と値がある

56 オブジェクト（変数） 1. 「x = 100」を入れて，実行ボタンを押す 2. その下に「print(x)」と書き加えて，実行ボタンを 押す
オブジェクト（変数）は，値を覚えておくためのメモリとして 使える 1. 「x = 100」を入れて，実行ボタンを押す 2. その下に「print(x)」と書き加えて，実行ボタンを 押す 実行ボタンを押しても， 何も表示されない のは OK x の値が表示される

57 実習 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 a = 10 b = 20 print(a + b) print(a * b)
　仲間同士で助け合ってください

58 実習 底辺が２．５で，高さが５のとき， 三角形の面積は，面積： ６．２５ 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 teihen = 2.5 takasa = 5 print(teihen * takasa / 2)

59 実習 円周率を 3.14 とする．半径が 3 の円 円の面積は： 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 r = 3 print(r * r * 3.14)

60 式と変数について 式の実行結果として，値が表示される． 式の中には変数を使うことができる

61 条件分岐 変数の値によって，結果が変わる！ というようなこと（判断） age の値が 12以下 → 500 yen 13以上 → 1800 yen

62 実習 age = 18 if (age <= 12): print(500) else: print(1800)
次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 age = 18 if (age <= 12): print(500) else: print(1800) if (age <= 12)の直後に「:」 else の直後に「:」 （どちらも，コロン） 字下げも正確に！ print の前に，「タブ (Tab)」を 1つだけ

63 正しくない字下げ 正しい字下げ

64 実習 18 を 22 に書き換えて，実行ボタンを押す．結果を 確認 age = 22 if age < 20:
print("100 yen") else: print("200 yen“) print のところは字下げ

65 条件分岐 次のプログラム作成に挑戦してみてください． 仲間同士の助け合いにも期待します ① weight と料金の関係は次の通りです
　　　weight の値が 100未満 → 0 yen 100以上 → yen ② weight = 80 のとき、料金はいくらになりますか 　　　正解の例は次のページにありますが， 　　　なるべく見ずに，自分で考える

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67 配列 データの並びで，０から始まる番号 （添字）が付いている

68 実習．合計 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果 23 を確認 x = [8, 6, 4, 2, 3] print( sum(x) )

69 繰り返し 順番に並べてね ♡ １つずつ置く ことを繰り返す

70 実習．月の日数 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認
6 月は 30日まである．7 月は 31日まである． 　ポイント：月の日数についてのデータを作る 　　　　　　　※ うるう年のことは考えないことにする 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 days = [0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31] print( days[6] ) print( days[7] ) 　仲間同士で助け合ってください

71 実習．物体の落下 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 繰り返す処理
x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] for t in x: print( (9.8 / 2) * t * t ) 繰り返す処理 for を使って計算を繰り返している t の値は 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 と変化し，全部済んだら終わる

72 実習．「*」の表示の繰り返し 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 import sys for i in range(18):
　　「*」の表示を 18 回繰り返す（* を 18 個並べて表示） 次のように入れて，実行ボタンを押す．結果を確認 import sys for i in range(18): sys.stdout.write("*")

73 Python プログラミング入門 抽象化、関数

74 式の抽象化と関数 類似した複数の式 上の３つの式を抽象化すると，「a * 1.08」のような式になる．
式「a * 1.08」を含む関数 foo を定義し使用

75 式の評価のタイミング 関数の中の式「a * x」の評価 では，最新の a の値，最新の x の値が用いられる
foo(100) の値は 30000 a 100 x 300 foo(100) の値は a 100 x 3000

76 例題 120 * 1.08 200 * 1.08 a * 1.08 def foo(a): return(a * 1.08) 変数を含む式
式　　　　　　 変数を含む式　　　　　 関数　　　　　 120 * 1.08 200 * 1.08 a * 1.08 def foo(a): return(a * 1.08)

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78 実習 ① ウェブブラウザを起動する ② python tutor を使いたいので，次の URL を開く
※ Internet Explorer でうまく動かない場合があります 　　　→ うまく動かないときは Google Chrome を試し てください 　※ 日本語モードはありませんので，英語で使ってみ る 　　　（資料で説明しますので大丈夫）

79 ③ 「Visualize your code and live help now」をク リック

80 言語を選べる． 「Python 3.6」を選んでおく エディタ 実行のためのボタン

81 ① 次のように書きなさい def foo(a): return (a * 1.08) p = 120 print(foo(p))
直後に「:」 def foo(a): return (a * 1.08) p = 120 print(foo(p)) p = 200 字下げも正確に！ 「return (a * 1.08)」の前に， 「タブ」を 1つだけ

82 「delキー」などを使いな がら書き換えてください
これは動く これでは動かない 「delキー」などを使いな がら書き換えてください

83 ②「Visualize Execution」をクリック

84 ③「Last」ボタンをクリック

85 ④　表示を確認しなさい．

86 ⑤「First」をクリックして，最初に戻しなさい

87 ⑥ 「Step 1 of 11」と表示されているので， 全部で，ステップ数は 11 あることが分かる （ステップ数と，プログラムの行数は違うも の）

88 ⑦ ステップ実行したいので，「Forward」をクリックしな ながら，緑の矢印の動きと, オブジェクト p, a の変化を確 認しなさい． ※ 「Forward」ボタンを何度か押し，それ以上進めな くなったら終了 見どころ 見どころ

89 ⑧ 終わったら「Edit this code」をクリックして，元 の画面に戻りなさい

90 次のように書き換えて，同じことを繰り返しなさい

91 Python とオブジェクト指向

92 クラス定義とオブジェクト生成 クラス定義 クラス名 C 属性 qty, weight, name オブジェクト生成
x 'apple' y ‘orange' qty weight name class C(object): def __init__(self, qty, weight, name): self.qty = qty self.weight = weight self.name = name x = C(5, , 'apple') y = C(3, 40.97, 'orange')

93 演習 次を実行しなさい class C(object): def __init__(self, qty, weight, name): self.qty = qty self.weight = weight self.name = name x = C(5, , 'apple') print(vars(x)) y = C(3, 40.97, 'orange') print(vars(y))

94 コンストラクタでの既定値（デフォルト値）
クラス定義 クラス名 D 属性 s_hour, s_minute, e_hour, e_minute オブジェクト生成 z None None z None None s_hour e_hour s_minute e_minute class D(object): def __init__(self, s_hour, s_minute): self.s_hour = s_hour self.s_minute = s_minute self.e_hour = None self.e_minute = None z = D(15, 30) z2 = D(16, 15)

95 演習 次を実行しなさい class D(object): def __init__(self, s_hour, s_minute): self.s_hour = s_hour self.s_minute = s_minute self.e_hour = None self.e_minute = None z = D(15, 30) print(vars(z)) z2 = D(16, 15) print(vars(z2))

96 属性アクセスとメソッド メソッド定義内では，self ＋ 「.」で属性やメソッドにアク セスする vars() による属性表示
「.」＋メソッド名による メソッド呼び出し vars() による属性表示 「.」＋属性名による 属性アクセス class C(): def __init__(self, qty, weight, name): self.qty = qty self.weight = weight self.name = name def total(self): return self.qty * self.weight

97 親クラスからの継承 クラス定義 クラス名 C 属性 qty, weight, name クラス定義 クラス名 E
class C(object): def __init__(self, qty, weight, name): self.qty = qty self.weight = weight self.name = name def total(self): return self.qty * self.weight class E(C): def __init__(self, qty, weight, name, price): super(E, self).__init__(qty, weight, name) self.price = price def payment(self): return self.qty * self.price クラス定義 クラス名 C 属性 qty, weight, name クラス定義 クラス名 E 属性 qty, weight, name, price クラス E は，スーパークラス であるクラス C の属性とメ ソッドを継承する．

98 演習 次を実行しなさい class C(object): def __init__(self, qty, weight, name): self.qty = qty self.weight = weight self.name = name def total(self): return self.qty * self.weight class E(C): def __init__(self, qty, weight, name, price): super().__init__(qty, weight, name) self.price = price def payment(self): return self.qty * self.price x2 = E(2, , 'melon', 500) vars(x2) print(x2.total()) print(x2.payment()) type(x2)

99 Python のキーワード print 表示 def 関数定義 return 関数の評価値 class クラス定義 __init__ オブジェクトの生成（コンストラクタ） vars オブジェクトの属性名と値 super 親クラス（スーパークラス）の取得

100 終わりに Web ページ: http://www.kkaneko.jp/dblab/intro/
謝辞： Python の作者に感謝します